CARE ESTE SPECTRUL DE EMISII? (CU EXEMPLE) - FIZIC - 2025

Spectrul de emisie este spectrul de lungimi de undă ale luminii emise de atomi și molecule atunci când se face o tranziție între două stări energetice. Lumina albă sau lumina vizibilă care se atacă de o prismă se descompun în diferite culori, cu lungimi de undă specifice pentru fiecare culoare. Modelul de culori care se obține este spectrul de radiații vizibile al luminii numit spectru de emisie.

Atomii, moleculele și substanțele au, de asemenea, un spectru de emisie datorită emisiilor de lumină atunci când absorb cantitatea corespunzătoare de energie din exterior pentru a tranzita între două stări energetice. Trecând această lumină printr-o prismă, aceasta se descompune în linii spectrale colorate cu diferite lungimi de undă specifice fiecărui element.

Importanța spectrului de emisii este aceea că permite determinarea compoziției substanțelor necunoscute și a obiectelor astronomice prin analiza liniilor spectrale ale acestora folosind tehnici de spectroscopie de emisie.

În continuare, este explicat în ce constă spectrul de emisii și cum este interpretat, sunt menționate câteva exemple și diferențele care există între spectrul de emisie și spectrul de absorbție.

Ce este un spectru de emisii?

Atomii unui element sau o substanță au electroni și protoni care sunt ținuți împreună de forța electromagnetică de atracție. Conform modelului Bohr, electronii sunt aranjați astfel încât energia atomului să fie cea mai mică posibil. Acest nivel de energie al energiei se numește starea solului a atomului.

Când atomii dobândesc energie din exterior, electronii se îndreaptă către un nivel de energie mai ridicat, iar atomul își schimbă starea solului în stare excitată.

În starea excitată, timpul de reședință al electronului este foarte mic (≈ 10-8 s) (1), atomul este instabil și revine la starea de bază, trecând, dacă este necesar, prin niveluri intermediare de energie.

Figura 1. a) Emisia unui foton datorită tranziției atomului între nivelul energiei de excitație și nivelul energetic fundamental. b) emisia fotonilor datorită tranziției atomului între nivelurile de energie intermediare.

În procesul de tranziție de la o stare excitată la o stare de sol, atomul emite un foton de lumină cu o energie egală cu diferența de energie dintre cele două stări, fiind direct proporțională cu frecvența văzută invers proporțională cu lungimea sa de undă λ.

Fotonul emis este arătat ca o linie strălucitoare, numită linie spectrală (2), iar distribuția de energie spectrală a colecției de fotoni emiți la tranzițiile atomului este spectrul de emisie.

Interpretarea spectrului de emisii

Unele dintre tranzițiile atomului sunt cauzate de o creștere a temperaturii sau de prezența altor surse externe de energie, cum ar fi un fascicul de lumină, un flux de electroni sau o reacție chimică.

Dacă un gaz precum hidrogenul este plasat într-o cameră la presiune joasă și un curent electric este trecut prin cameră, gazul va emite lumină cu propria culoare care îl diferențiază de celelalte gaze.

Prin trecerea luminii emise printr-o prismă, în loc de a obține un curcubeu de lumină, se obțin unități discrete sub formă de linii colorate cu lungimi de undă specifice, care transportă cantități discrete de energie.

Liniile spectrului de emisie sunt unice în fiecare element, iar utilizarea sa din tehnica spectroscopiei permite determinarea compoziției elementare a unei substanțe necunoscute, precum și compoziția obiectelor astronomice, prin analizarea lungimilor de undă ale fotonilor emisiți. în timpul tranziției atomului.

Diferența dintre spectrul de emisie și spectrul de absorbție.

În procesele de absorbție și emisie, atomul are tranziții între două stări energetice, dar este în absorbție că câștigă energie din exterior și ajunge la starea de excitație.

Linia spectrală de emisie este opusă spectrului continuu de lumină albă. În primul, se observă distribuția spectrală sub formă de linii strălucitoare și în a doua, se observă o bandă continuă de culori.

Dacă un fascicul de lumină albă lovește un gaz precum hidrogenul, închis într-o cameră la presiune scăzută, doar o porțiune din lumină va fi absorbită de gaz, iar restul va fi transmis.

Când lumina transmisă trece printr-o prismă, aceasta se descompune în linii spectrale, fiecare cu o lungime de undă diferită, formând spectrul de absorbție al gazului.

Spectrul de absorbție este total opus spectrului de emisie și este, de asemenea, specific pentru fiecare element. Atunci când comparăm ambele spectre ale aceluiași element, se observă că liniile spectrale de emisie sunt cele care lipsesc în spectrul de absorbție (figura 2).

Figura 2. a) Spectrul emisiilor și b) Spectrul de absorbție (Autor: Stkl. Sursa: https://commons.wikimedia.org/wiki/Main_Page)

Exemple de spectre de emisie de elemente chimice

a) Liniile spectrale ale atomului de hidrogen, în regiunea vizibilă a spectrului, sunt o linie roșie de 656,3 nm, un albastru deschis de 486,1 nm, un albastru închis de 434 nm și o violetă foarte slabă de 410 nm. Aceste lungimi de undă sunt obținute din ecuația Balmer - Rydberg în versiunea sa modernă (3).

este numărul de undă al liniei spectrale

este constanta lui Rydberg (109666,56 cm-1)

este cel mai înalt nivel de energie

este cel mai înalt nivel de energie

Figura 3. Spectrul de emisii de hidrogen (autor: Adrignola. Sursa: commons.wikimedia.org)

b) Spectrul de emisie al heliului are două serii de linii principale, una în regiunea vizibilă și cealaltă în apropierea ultravioletului. Peterson (4) a folosit modelul Bohr pentru a calcula o serie de linii de emisie de heliu în porțiunea vizibilă a spectrului, ca urmare a mai multor tranziții simultane ale doi electroni la starea n = 5 și a obținut valori ale lungimii de undă. în concordanță cu rezultatele experimentale. Lungimile de undă care au fost obținute sunt 468,8 nm, 450,1 nm, 426,3 nm, 418,4 nm, 412,2 nm, 371,9 nm.

c) Spectrul de emisie de sodiu are două linii foarte luminoase de 589 nm și 589.6 nm numite linii D (5). Celelalte linii sunt mult mai slabe decât acestea și, în scopuri practice, se consideră că toată lumina de sodiu provine din liniile D.

Referințe

1. Măsurarea duratei de viață a stărilor excitate ale atomului de hidrogen VA Ankudinov, SV Bobashev și EP Andreev. 1, 1965, Soviet Physics JETP, vol. 21, p. 26-32.
2. Demtröder, W. Spectroscopie laser 1. Kaiserslautern: Springer, 2014.
3. DKRai, SN Thakur și. Atom, laser și spectroscopie. New Delhi: Phi Learning, 2010.
4. Bohr revizuit: linii model și spectrale ale heliului. Peterson, C. 5, 2016, Journal of young investigators, Vol. 30, pp. 32-35.
5. Jurnalul de educație chimică. JR Appling, FJ Yonke, RA Edgington și S. Jacobs. 3, 1993, Vol. 70, pp. 250-251.